DISOLUCIONES

Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias, que pueden hallarse en proporciones variables. La sustancia que se dispersa se llama soluto y la sustancia dispersante se llama disolvente, si el disolvente es el agua las disoluciones reciben el nombre de disoluciones acuosas.

Si el soluto aparece en poca cantidad (respecto del disolvente), la disolución será “diluida”, si la cantidad de soluto es alta, la disolución será concentrada y si la cantidad de soluto es la máxima permitida para ese disolvente, diremos que la disolución está saturada. En este último caso, cualquier cantidad de soluto adicional que metamos en la disolución precipitará.

Concentración de las disoluciones

La proporción en que se encuentran los componentes de una disolución es su concentración. Conocerla nos permite calcular la masa exacta de los componentes en una cierta cantidad de disolución.

Hay diferentes formas de expresar la concentración, entre las más utilizadas están: porcentaje en masa (%); la fracción molar (X); la molaridad (M); la molalidad (m).

Porcentaje en masaSon los gramos de soluto que tenemos por cada 100 gramos de disolución.

g.soluto . 100 % = ------------------- g. disolución.

Ejemplo.- Se disuelven 50 gramos de cloruro sódico en 1 litro de agua. Calcula el porcentaje en masa.

SOLUCIÓN

En principio nos fijamos que hay 50 g de soluto + 1 L. disolvente (agua) y no podemos sumar gramos con litros para calcular los gramos de disolución.Pero en el caso del agua el litro equivale al kilo, por tanto tenemos 1 Kg de agua = 1000 g. de agua 1050 g. disolución.Aplicamos la fórmula: % = 50 g. soluto · 100 = 4,76% 1050 g. disolución

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Fracción molar (X)La fracción molar de un componente es la razón entre su número de moles y los moles totales.

Moles soluto Xs = ---------------------------------------- Moles soluto + Moles disolvente

Moles disolvente Xd = ----------------------------------------- Moles soluto + Moles disolvente

La suma Xs + Xd = 1.

Ejemplo.-Calcula la fracción molar del soluto y del disolvente en una disolución formada por 30 gramos de cloruro sódico en 1 litro de agua.DATO M. Atm Na = 23; Cl = 35,5; H =1; O = 16

SOLUCIÓNCalculamos las masas molares: NaCl = 58,5 g·mol-1; H2O = 18 g·mol-1.1 L. de H2O = 1 Kg H2O = 1000 g.

Moles NaCl 30/58,5 moles Xs = = = Moles NaCl + moles H2O 30/58,5 moles + 1000/18 moles

0,513 moles Xs = = 9,14 · 10-3 (No hay unidades) (0,513 + 55,555) moles

Xd = 1 - 9,14 · 10-3 = 0,991

Molaridad (M)La molaridad de un componente es el número de moles de dicho componente por litro de disolución.

Moles soluto (componente) M = ---------------------------------- (mol · L-1)

Litros disolución

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Por ejemplo 2 mol/L es lo mismo que 2 mol· L -1, es lo mismo que 2 molar y eso se expresa como 2M.

EjemploCalcula la molaridad de una disolución que contiene 12 gramos de carbonato de sodio (Na2CO3), en 1,3 litros de disolución. DATO M. Atm Na =23; C =12; O=16

SOLUCIÓNM.M (Na2CO3) = 106 g·mol-1

Este es un ejercicio muy fácil ya que solo hay que aplicar directamente la fórmula:

Moles soluto (componente) 12/106 moles M = = = 0,087 M

Litros disolución 1,3 L

Esto significa que hay 0,087 moles de carbonato de sodio en 1 litro de disolución.

EjemploCalcula la molaridad de una disolución al 25% de cloruro sódico, sabiendo que la densidad de la disolución es de 1,09 g/ml. DATO M.atm Na=23; Cl=35,5

SOLUCIÓNM.M NaCl = 58,5 g·mol-1

Este ejemplo es diferente al anterior, no dan cantidades concretas de soluto ni de disolución, pero me dan un porcentaje y puedo trabajar con él. También lo puedo hacer con el dato de la densidad.

Si lo hacemos utilizando el dato del porcentaje, tenemos 25%, eso significa 25 g de soluto (NaCl) en 100 g. de disolución. Calculamos ahora el volumen que ocupan esos 100 g, utilizando el dato de la densidad de disolución que el problema da:

Masa (disolución) 100 g D (disolución) = 1,09 g/ml = Volumen (disolución) V V = 91,74 ml = 0,09147 L. = 0,0915 L. 25/58,5 M = = 4,67 M (Esto significa que hay 4,67 moles de NaCl 0,0915 en 1 litro de disolución)

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Si lo hacemos utilizando el dato de la densidad de la disolución, tenemos una densidad cuyo valor es 1,09 g/ml. Vamos a calcular los gramos de disolución que hay en 1L de disolución (1000 ml).

Masa Masa D = 1,09 g/ml = Masa = 1090 g. disolución Volumen 1000 ml

Ahora aplicamos el dato del porcentaje para calcular los gramos de soluto que hay en esos 1090 g. de disolución.

g. soluto · 100 25 = g. soluto = 272,5 g 1090 g. disolución

272,5/58,5Ahora solo tenemos que aplicar la fórmula M = = 4,66 M 1 L

Incluso se puede hacer utilizando el volumen de la densidad (1 ml), en este caso la densidad nos dice que en 1 ml de disolución hay 1,09 g de disolución, si aplicamos a esta cantidad el dato del porcentaje, tendremos los gramos de soluto:

g. soluto · 100 25 = g. soluto = 0,2725 (en 1 ml disolución) 1,09 g. disolución 0,2725/58,5 Ahora aplicamos la formula de la M = = 4,66 M 10-3

Molalidad (m)La molalidad de un componente es el número de moles por Kg de disolvente

Moles soluto m =---------------------------- (mol/Kg o bien mol· Kg-1) Kg disolvente

Ejemplo

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Calcula la molalidad de una disolución formada por 30 gramos de cloruro sódico en 500 gramos de agua. DATO M. Atm Na=23; Cl=35,5

SOLUCIÓN 30/58,5 m = = 1,025 m (Esto significa que hay 1,025 moles de NaCl en 0,5 Kg 1 Kg de disolución)

Problema tipo.-Al disolver 100 gramos de ácido sulfúrico, en 400 gramos de agua, obtenemos una disolución de densidad 1120 Kg·m-3. Calcula:

a) Porcentaje en masa del soluto.b) Fracción molar de ambos componentes.c) La molaridad (M).d) La molalidad (m).DATO M. Atm H=1; S=32; O=16

SOLUCIÓN

100 g. H2SO4 (soluto) + 400 g. H2O (disolvente) = 500 g. disolución. M.M H2SO4 = 98 g·mol-1 ; M.M H2O = 18 g·mol-1

a) g. soluto · 100 100·100 % = = = 20% g. disolución 500 g.

b)

moles soluto 100/98 Xs = = = moles soluto + moles disolvente 100/98 + 400/18

1,02 Xs = = 0,044 Xd = 1 – 0,044 = 0,956 1,02 + 22,22

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c) Antes de aplicar la fórmula calculamos el volumen que ocupan los 500 g. de la disolución (lo pasamos a kilogramos = 0,5 Kg, ya que la densidad la dan en Kg·m-3)

0,5 Kg 1120 Kg·m-3 = V. disolución=4,46·10-4 m3 = 4,46· 10-1 dm-3

V. disolución = 4,46· 10 -1 L

n. soluto 100/98 Ahora aplicamos la formula: M = = = 2,28 M 1 L. Disolución 4,46· 10-1 L

d)

n. soluto 100/98m = = = 2,55 m

1 Kg disolvente 0,4 Kg

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